Perché l'altitudine del tuo GPS o STRAVA è imprecisa?

Sorge una domanda o domanda ricorrente in merito alla precisione dell'altitudine e alle differenze di altitudine del GPS.

Anche se può sembrare banale, ottenere un'altezza precisa è impegnativo, nel piano orizzontale puoi facilmente posizionare un metro a nastro, una corda, una catena geodetica o accumulare la circonferenza di una ruota per misurare la distanza. è invece più difficile posizionare il misuratore sul piano verticale.

Le altezze GPS si basano su una rappresentazione matematica della forma della terra, mentre le altezze su una mappa topografica si basano su un sistema di coordinate verticali associato al globo.

Si tratta quindi di due sistemi diversi che devono coincidere ad un certo punto.

L'altitudine e il dislivello sono parametri che la maggior parte dei ciclisti, appassionati di mountain bike, escursionisti e alpinisti vorranno consultare dopo una corsa.

Le istruzioni per ottenere il profilo verticale e il corretto dislivello sono relativamente ben documentate nei manuali GPS outdoor (come i manuali della gamma Garmin GPSMap), paradossalmente, queste informazioni sono quasi assenti o criptiche nei manuali utente GPS previsti. per i ciclisti (ad esempio, guide per la gamma GPS Garmin Edge).

Il servizio post vendita Garmin distribuisce tutti i consigli utili, proprio come il TwoNav. Per altri produttori o app di GPS (oltre a Strava) questo è un grande divario 🕳.

Come misurare l'altezza?

Diverse tecniche:

• Applicando in pratica il famoso teorema di Talete,
• Varie tecniche di triangolazione,
• Utilizzando un altimetro,
• Radar, affare,
• Misure satellitari.

Altimetro barometrico

Era necessario determinare lo standard: l'altimetro traduce la pressione atmosferica di un luogo in un'altitudine. Un'altitudine di 0 m corrisponde ad una pressione di 1013,25 mbar a livello del mare ad una temperatura di 15°C.

In pratica, queste due condizioni sono raramente soddisfatte a livello del mare, ad esempio, quando si scrive questo articolo, la pressione sulla costa della Normandia era di 1035 mbar e la temperatura è vicina a 6 °, il che può portare a un errore in quota di circa 500 mt.

L'altimetro barometrico fornisce un'altitudine precisa dopo la regolazione se le condizioni di pressione/temperatura si stabilizzano.

La regolazione consiste nel mantenere un'altitudine accurata per una posizione, quindi l'altimetro regola quell'altitudine in risposta ai cambiamenti della pressione atmosferica e della temperatura.

Un calo della temperatura 🌡 restringe le curve di pressione e l'altitudine aumenta, e viceversa se la temperatura aumenta.

Il valore dell'altitudine visualizzato sarà sensibile alle variazioni della temperatura ambiente, l'utente dell'altimetro, che lo tiene o lo indossa al polso, deve essere consapevole dell'effetto delle variazioni di temperatura locali sul valore visualizzato (ad esempio: orologio chiuso / aperto con manica, vento relativo dovuto a movimenti veloci o lenti, influenza della temperatura corporea, ecc.).

Per semplificare la massa d'aria stabile, è il tempo stabile .

Se utilizzato correttamente, l'altimetro barometrico è uno strumento di riferimento affidabile per una varietà di applicazioni come l'aeronautica, l'escursionismo, l'alpinismo...

Altitudine GPS

Il GPS determina l'altezza di un luogo rispetto alla sfera ideale che simula la Terra: "Ellissoide". Poiché la Terra è imperfetta, questa altezza deve essere trasformata per ottenere l'altezza "geoide" 🌍.

Un osservatore che legge l'altezza di un marcatore di rilievo utilizzando il GPS può vedere una deviazione di diverse decine di metri, sebbene il suo GPS funzioni correttamente in condizioni di ricezione ideali. Forse il ricevitore GPS è sbagliato?

Questa differenza è spiegata dall'accuratezza della modellazione dell'ellissoide e, in particolare, del modello geoide, che è complesso a causa del fatto che la superficie terrestre non è una sfera ideale, contiene anomalie, è soggetta a modifiche umane ed è in continua evoluzione. (Tellurico e Umano).

Queste imprecisioni saranno combinate con errori di misurazione inerenti al GPS e causeranno imprecisioni e variazioni costanti dell'altitudine segnalata dal GPS.

Le geometrie dei satelliti che favoriscono una buona precisione orizzontale, ovvero la posizione bassa dei satelliti sull'orizzonte, impedisce un'acquisizione accurata dell'altitudine. L'ordine di grandezza della precisione verticale è 1,5 volte la precisione orizzontale.

La maggior parte dei produttori di chipset GPS integra il modello matematico nel proprio software. che si avvicina al modello geodetico della terra e fornisce l'altezza specificata in questo modello.

Questo significa che se si sta camminando sul mare non è raro vedere un'altitudine negativa o positiva, perché il modello geodetico della terra è imperfetto, e a questa lacuna va aggiunto l'errore insito nel GPS. La combinazione di questi errori può causare una deviazione di elevazione di oltre 50 metri in determinate posizioni 😐.

I modelli del geoide sono stati perfezionati, in particolare l'altimetria ottenuta a seguito del posizionamento GNNS rimarrà imprecisa per diversi anni.

Modello digitale del terreno "DTM"

Un DTM è un file digitale composto da griglie, ogni griglia (superficie elementare quadrata) fornisce un valore di altezza per la superficie di quella griglia. Un'idea dell'attuale dimensione della griglia del modello di elevazione mondiale è di 30 m x 90 m Conoscendo la posizione di un punto sulla superficie terrestre (longitudine, latitudine), è facile ottenere l'altezza del luogo leggendo il file DTM (o DTM, Digital Terrain Model in inglese).

Il principale svantaggio di un DEM è la sua affidabilità (anomalie, buchi) e la precisione del file; Esempi:

• L'ASTER DEM è disponibile con passo (griglia o pixel) di 30 m, precisione orizzontale di 30 m e altimetro di 20 m.
• L'MNT SRTM è disponibile con spaziatura di 90 m (griglia o pixel), altimetro di circa 16 m e precisione planimetrica di 60 m.
• Il modello Sonny DEM (Europa) è disponibile con incrementi di 1°x1°, ovvero con una dimensione della cella dell'ordine di 25 x 30 m a seconda della latitudine. Il fornitore ha compilato le fonti di dati più accurate, questo DEM è relativamente accurato e può essere utilizzato "facilmente" per TwoNav e Garmin GPS tramite la mappatura gratuita OpenmtbMap.
• IGN DEM 5m x 5m è disponibile gratuitamente (da gennaio 2021) in incrementi di 1m x 1m o 5m x 5m con risoluzione verticale di 1m L'accesso a questo DEM è spiegato in questa guida.

Non confondere la risoluzione (o l'accuratezza dei dati nel file) con l'accuratezza effettiva di tali dati. Le letture (misure) possono essere ottenute da strumenti che non consentono di osservare la superficie del globo al metro più vicino.

IGN DEM, disponibile gratuitamente 🙏 da gennaio 2021, è un patchwork di letture (misure) ottenute con vari strumenti. Le aree scansionate per ricerche recenti (ad es. rischio di alluvione) sono state scansionate con una risoluzione di 1 m, altrove la precisione potrebbe essere molto lontana da questo valore. Tuttavia, nel file, i dati sono stati interpolati per riempire i campi con incrementi di 5 x 5 m o 1 x 1 m. IGN ha lanciato una campagna di sondaggi ad alta risoluzione con l'obiettivo di coprire completamente la Francia entro il 2026 e in quel giorno IGN DEM sarà accurato e libera a intervalli di 1x1x1m. ...

Il DEM mostra l'elevazione del terreno: l'altezza delle infrastrutture (edifici, ponti, siepi, ecc.) non viene presa in considerazione. Nella foresta, questa è l'altezza della terra ai piedi degli alberi, la superficie dell'acqua è la superficie della costa per tutti i serbatoi più grandi di un ettaro.

Tutti i punti in una cella hanno la stessa altezza, quindi al bordo della scogliera, a causa dell'incertezza della posizione del file, sommata con l'incertezza della posizione, l'altezza estratta può essere la stessa della cella vicina.

La precisione del posizionamento GPS in condizioni di ricezione ideali è dell'ordine di 4,5 m al 90%. Questa performance si vede con i più recenti ricevitori GPS (GPS + Glonass + Galileo). Pertanto, la precisione è 90 volte su 100 tra 0 e 5 m (cielo sereno, escluse le maschere, esclusi i canyon, ecc.) della posizione reale. l'utilizzo di un DEM con una cella di 1 x 1 m è controproducente.perché le possibilità di trovarsi sulla griglia corretta saranno rare. Questa scelta travolgerà il processore senza un reale valore aggiunto!

Per ottenere un DEM che può essere utilizzato in:

• TwoNav GPS: CDEM da 5 (RGEALTI).

• GPS Garmin: database Sonny

  Scopri come creare il tuo DEM per TwoNav GPS. Le curve di livello possono essere estratte utilizzando il software Qgis.

Determinare l'altitudine utilizzando il GPS

Una soluzione potrebbe essere quella di caricare il file DEM nel tuo navigatore GPS, ma l'altitudine sarà affidabile solo se le griglie sono di dimensioni ridotte e se il file è sufficientemente accurato (orizzontalmente e verticalmente).

Per avere una buona idea della qualità del DEM, è sufficiente visualizzare, ad esempio, il rilievo di un lago o costruire un percorso che attraversi il lago e osservare i prospetti in una sezione 2D.

Immagine: software LAND, vista del lago Gerardmer in ingrandimento 3D x XNUMX con DEM corretto. La proiezione delle maglie sul terreno mostra il limite DEM corrente.

Immagine: programma LAND, vista del lago Gérardmer “BOG” in 2D con il DTM corretto.

Tutti i moderni GPS di “buona qualità” sono dotati di bussola e sensore barometrico digitale, quindi altimetro barometrico; L'utilizzo di questo sensore consente di ottenere un'altitudine precisa a condizione di impostare l'altitudine in un punto noto (raccomandazione Garmin).

L'imprecisione dell'altitudine fornita dal GPS dall'avvento del GPS ha portato allo sviluppo di algoritmi di ibridazione per l'aeronautica che utilizzano l'altitudine del barometro e l'altitudine GPS per fornire una posizione geografica accurata. altezza. È una soluzione affidabile per l'altitudine e la scelta preferita dai produttori di GPS, ottimizzata per la pratica all'aperto TwoNav. e Garmin.

In Garmin, l'offerta GPS viene introdotta in base al profilo utente (outdoor, ciclismo, mountain bike, ecc.), quindi è importante fare riferimento ai manuali d'uso e al servizio post-vendita.

La soluzione ottimale è impostare il GPS sull'opzione:

• Altitudine = Barometro + GPS, se il GPS lo consente,
• Altitudine = Barometro + DTM (MNT) se il GPS lo consente.

In tutti i casi, per un GPS dotato di barometro, impostare manualmente il barometro alla sua altitudine minima al punto di partenza. In montagna ⛰ sulle lunghe percorrenze bisognerà rifare l'assetto, soprattutto in caso di sbalzi di temperatura e meteo.

Alcuni dispositivi di ciclismo ottimizzati per GPS Garmin ripristinano automaticamente l'altitudine barometrica a waypoint di altitudine noti, una soluzione particolarmente intelligente per la mountain bike. Tuttavia, l'utente deve informare, ad esempio, prima di lasciare l'altezza dei passi e il fondovalle; sulla via del ritorno, il dislivello sarà preciso 👍.

In modalità Barometro + (GPS o DTM), il produttore include un algoritmo di regolazione automatica del barometro basato sul principio che l'aumento visto dal barometro, GPS o DEM deve essere coerente: questo principio offre una grande flessibilità all'utente ed è adatto per attività all'aperto.

Tuttavia, l'utente deve essere consapevole delle limitazioni:

• Il GPS si basa sul geoide, quindi se l'utente si sposta su un terreno artificiale (ad esempio, verso discariche di scorie), le correzioni saranno distorte,
• Il DEM mostra il percorso a terra, se l'utente prende in prestito una parte significativa dell'infrastruttura umana (viadotto, ponte, ponti pedonali, gallerie, ecc.), gli adeguamenti verranno compensati.

Pertanto, la procedura ottimale per ottenere un aumento di elevazione accurato è la seguente:

1️⃣ Regolare il sensore barometrico all'inizio. Senza questa impostazione, le altezze verranno convertite (spostate), il dislivello sarà corretto se la deriva dovuta al tempo è piccola (percorso breve al di fuori delle montagne). Per gli utenti GPS della famiglia Garmin, le altezze "gpx" sono utilizzate da Garmin e Strava per la comunità, quindi è preferibile inserire il profilo di elevazione corretto nel database.

2️⃣ Per ridurre la deriva (errore di altitudine e altitudine) dovuta alle condizioni meteorologiche nei viaggi lunghi (> 1 ora) e in montagna:

• Concentrati sulla scelta Barometro + GPS, aree esterne con rilievi artificiali (discariche, colline artificiali, ecc.),
• Concentrati sulla scelta Barometro + DTM (MNT)se hai installato IGN DTM (griglia 5 x 5 m) o Sonny DTM (Francia o Europa) al di fuori di un percorso che utilizza una porzione significativa dell'infrastruttura (ponti pedonali, cavalcavia, ecc.).

Sviluppare un dislivello

Il problema dell'altitudine descritto nelle righe precedenti si manifesta più spesso dopo aver osservato che la differenza di altitudine tra i due praticanti è diversa o varia a seconda che venga letta sul GPS o in un'applicazione come STRAVA (vedi aiuto STRAVA) per esempio.

Prima di tutto, devi sintonizzare il tuo GPS per fornire l'altitudine più affidabile.

È abbastanza semplice ottenere il dislivello leggendo la mappa, spesso il praticante si limita a determinare la differenza tra i punti di dimensioni estreme, anche se, per la precisione, è necessario contare le curve di livello positive per ottenere la somma .

Non ci sono linee orizzontali nel file digitale, il software GPS, l'applicazione di tracciamento delle tracce o il software di analisi è configurato per "accumulare passi o incrementi di elevazione".

Spesso è possibile configurare "nessun accumulo":

• in TwoNav le opzioni di impostazione sono comuni a tutti i GPS
• in Gamin dovresti consultare il manuale d'uso e il servizio post-vendita (ogni modello ha le sue caratteristiche in base al profilo utente tipico)
• l'app OpenTraveller ha un'opzione che suggerisce di regolare la soglia di sensibilità per determinare il dislivello.

Ognuno ha la sua soluzione 💡.

Siti web o software per l'analisi online sforzati di sostituire l'altezza da file "gpx" con i propri dati di altezza.

Esempio: STRAVA ha creato un file altimetrico "nativo" creato utilizzando quote altimetriche derivate da tracce derivate da GPS noto a STRAVA ed è dotato di sensore barometrico.La soluzione adottata presuppone che il GPS sia noto a STRAVA, quindi al momento è principalmente ottenuto dalla gamma GARMIN, e l'affidabilità del file presuppone che ogni utente si sia occupato del ripristino manuale dell'altitudine .

Per quanto riguarda i risvolti pratici, il problema si pone soprattutto durante le passeggiate di gruppo, perché ogni partecipante 🚵 potrebbe notare che il proprio dislivello è diverso dal livello degli altri partecipanti, a seconda del proprio tipo di GPS, oppure è un utente curioso che non capisce perché la differenza è l'altitudine GPS, il software di analisi o STRAVA è diverso.

Nel mondo STRAVA perfettamente sanificato, tutti i membri del gruppo di utenti GPS GARMIN dovrebbero in linea di principio vedere la stessa altitudine sul proprio GPS e sul proprio STRAVA. È logico che la differenza possa essere spiegata solo dalla regolazione dell'altezza, tuttavia nulla conferma che il dislivello riportato sia corretto.

È logico che un membro di questo gruppo di utenti che dispone di un GPS non noto a STRAVA dovrebbe vedere la stessa differenza di altitudine su STRAVA dei suoi assistenti, sebbene la differenza di livello visualizzata dal suo GPS sia diversa. Può dare la colpa alla sua attrezzatura, che comunque funziona correttamente.

Il valore più vicino al valore reale del dislivello si ottiene ancora in FRANCIA o BELGIO durante la lettura della carta IGN., la messa in servizio di un geoide più avanzato sposterà gradualmente il punto di riferimento verso il GNSS

GNSS: Geolocalizzazione e Navigazione Utilizzando un Sistema Satellitare: Determinazione della posizione e della velocità di un punto sulla superficie o nelle immediate vicinanze della Terra elaborando segnali radio provenienti da diversi satelliti artificiali ricevuti in quel punto.

Se è necessario fare affidamento su un software o un'applicazione per ottenere il dislivello, è necessario regolare questo software per regolare il valore del passo di accumulo in base alle curve di livello della mappa IGN del sito, ovvero 5 o 10 m. Un piccolo passo trasformerà in una caduta tutti i piccoli salti o transizioni in dossi, e viceversa, un passo troppo alto cancellerà l'ascesa di piccole colline.

Dopo aver applicato queste raccomandazioni, l'esperimento dell'autore mostra che i valori di altitudine ottenuti utilizzando il GPS o il software di analisi dotato di un DEM affidabile rimangono nell'intervallo "corretto", supponendo che anche la mappa IGN abbia le sue incertezzerispetto alla stima ottenuta con la tessera IGN 1/25.

D'altra parte, il valore pubblicato da STRAVA è solitamente sopravvalutato. Il metodo utilizzato da STRAVA, basato sul "feedback" degli utenti, consente teoricamente di prevedere una rapida convergenza a valori molto vicini alla verità, che, a seconda del numero di visitatori, dovrebbero già avvenire in BikePark o tracce molto occupate!

Per illustrare concretamente questo punto, ecco l'analisi di un tracciato, preso a caso, su una strada collinare lunga 20 km. L'altitudine GPS "barometrica" ​​è stata impostata prima della partenza, fornisce l'altitudine "barometrica + GPS", il DTM è un DTM affidabile che è stato riprogettato per essere preciso. Siamo al di fuori dell'area in cui STRAVA potrebbe avere un profilo altimetrico affidabile.

Questa è un'illustrazione di una traccia in cui la differenza tra IGN e GPS è la più grande e la differenza tra IGN e STRAVA è la più piccola. la distanza tra GPS e STRAVA è di 80 m, e il vero "IGN" è tra di loro.

altezza
Départ	Arrivo	Max	min	altezza	Deviazione / IGN
GPS (Barriera + GPS)	122	124	150	98	198	all'30 ottobre
Regolazione in altezza su DTM	122	122	150	98	198	all'30 ottobre
CIBO	280	+ 51
Carte IGN	122	122	148	99	228,5	0